專利名稱：一種用于渦輪增壓的雙區式渦輪的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種新型的渦輪裝置，具體的說涉及一種用于渦輪增壓的雙區式渦輪，能有效的兼顧發動機的低速和高速增壓要求，屬于內燃機增壓領域。
背景技術：
隨著排放標準的逐步提高，渦輪增壓器被廣泛的應用于現代發動機。為了滿足發動機所有工況下特別是低速工況下的性能和排放要求，渦輪增壓器必須提供更高的增壓壓力，并具有發動機進氣壓力和排氣壓力的可調節功能，可變截面渦輪增壓器已經成為增壓領域的研發重點。目前渦輪增壓器采用雙層通道可變截面渦輪蝸殼的結構來滿足變截面的要求，與固定截面和普通廢氣旁通型渦輪增壓器相比，它能有效地拓寬渦輪增壓器與發動機的匹配范圍，實現增壓壓力和排氣壓力的可調節功能。雙層通道可變截面渦輪增壓器結構示意圖如附圖I所示，雙層通道可變截面渦輪 增壓器的渦輪部分包括渦輪蝸殼I和渦輪葉輪2。所述渦輪蝸殼I內設有蝸殼進氣口 3、蝸殼進氣流道和蝸殼出氣口 4，所述蝸殼進氣流道內設有呈圓周布置的徑向中間隔板5，所述中間隔板5將蝸殼進氣流道分為蝸殼進氣左側流道6和蝸殼進氣右側流道7。所述渦輪葉輪2內設有渦輪葉輪進氣口 8、渦輪葉輪進氣流道9和渦輪葉輪出氣口 10，通過在蝸殼進氣左側流道6或蝸殼進氣右側流道7靠近蝸殼進氣口 3處設有閥門調節機構，實現單個流道工作或兩個流道共同工作，從而實現渦輪蝸殼流道的流通面積的改變。雙層通道可變截面渦輪增壓器通過閥門調節機構實現渦輪蝸殼流通面積的改變，控制方便。但是在實際的應用中發現這種雙層通道可變截面渦輪增壓器在發動機低速工況下渦輪蝸殼單個流道工作，發動機排出的廢氣從蝸殼進氣口進入蝸殼單個流道到達在蝸殼單個流道出氣口時容易發生氣體的突然膨脹，從渦輪葉輪進氣口進入渦輪葉輪進氣流道的氣體減少，使渦輪在小流量時的效率降低。在發動機中、高速工況下渦輪蝸殼兩個流道共同工作，發動機排出的廢氣從蝸殼進氣口進入蝸殼兩個流道到達渦輪葉輪進氣口時容易發生兩個流道氣體的摻混，因而進入渦輪葉輪進氣流道的氣體動能一部分轉變為勢能，使渦輪的效率降低。
實用新型內容本實用新型要解決的問題是針對雙層通道可變截面渦輪增壓器的上述缺陷提供一種用于渦輪增壓的雙區式渦輪，能夠降低小流量時蝸殼單個流道出氣口處的氣體突然膨脹現象和正常流量時兩個流道氣體在渦輪葉輪進氣口處的氣體摻混現象，來提高雙層通道可變截面渦輪增壓器在發動機全工況范圍下的效率。為了解決上述問題，本實用新型采用以下技術方案一種用于渦輪增壓的雙區式渦輪，包括渦輪蝸殼，渦輪蝸殼內安裝有渦輪葉輪，渦輪葉輪的外部設有渦輪葉片，所述渦輪蝸殼上設有蝸殼進氣口、蝸殼進氣流道和蝸殼出氣口 ；所述渦輪葉輪上設有渦輪葉輪進氣口、渦輪葉輪進氣流道、渦輪葉輪出氣口和渦輪葉輪葉片；所述渦輪葉輪的渦輪葉輪進氣口和渦輪葉輪出氣口之間設有呈圓周布置的分隔板，所述分隔板將渦輪葉輪進氣流道分為渦輪葉輪進氣內流道和渦輪葉輪進氣外流道。以下是本實用新型對上述方案的進一步改進所述蝸殼進氣流道內設有中間隔板，所述中間隔板將蝸殼進氣流道分為蝸殼進氣左側流道和蝸殼進氣右側流道；所述蝸殼進氣左側流道與所述渦輪葉 輪進氣內流道相連通，所述蝸殼進氣右側流道與所述渦輪葉輪進氣外流道相連通。進一步改進蝸殼進氣左側流道靠近渦輪葉輪的位置設有蝸殼進氣左側流道出氣口 ；蝸殼進氣右側流道靠近渦輪葉輪的位置設有蝸殼進氣右側流道出氣口 ；渦輪葉輪進氣內流道上設有與蝸殼進氣左側流道出氣口相對應的渦輪葉輪進氣內流道進氣口；渦輪葉輪進氣外流道上設有與蝸殼進氣右側流道出氣口相對應的渦輪葉輪進氣外流道進氣口。進一步改進所述渦輪葉輪進氣內流道為向心式通道。另一種改進所述渦輪葉輪進氣內流道為混流式通道。另一種改進渦輪葉輪進氣外流道為向心式通道。另一種改進渦輪葉輪進氣外流道為混流式通道。進一步改進所述渦輪葉輪進氣內流道進氣口寬度與渦輪葉輪進氣外流道進氣口寬度的比值為0. I 10。進一步改進所述渦輪葉輪進氣內流道出氣口寬度和渦輪葉輪進氣外流道出氣口寬度的比值為0. I 10。進一步改進渦輪葉片包括對應設置在渦輪葉輪進氣內流道內的渦輪葉輪內葉片和對應設置在渦輪葉輪進氣外流道內的渦輪葉輪外葉片。進一步改進所述渦輪葉輪內葉片和渦輪葉輪外葉片數量比值為0. 2 6。進一步改進所述蝸殼進氣左側流道內靠近蝸殼進氣口處設有可調閥門，所述可調閥門與控制機構連接。蝸殼進氣右側流道、渦輪葉輪進氣外流道是常開流道。當發動機處于低速工況范圍時，發動機排出的廢氣量較少，可調閥門在控制機構的帶動下處于關閉狀態，由于蝸殼進氣左側流道、渦輪葉輪進氣內流道進氣口、渦輪葉輪進氣內流道或蝸殼進氣右側流道、渦輪葉輪進氣外流道進氣口、渦輪葉輪進氣外流道相連通，因此蝸殼進氣左側流道、渦輪葉輪進氣內流道進氣口、渦輪葉輪進氣內流道同時也被處于關閉狀態，由發動機排出的廢氣僅流經蝸殼進氣右側流道、渦輪葉輪進氣外流道進氣口、渦輪葉輪進氣外流道做功，從而降低了氣體在蝸殼進氣左側流道出氣口處的氣體突然膨脹現象，可有效提高渦輪葉輪進氣外流道的進氣壓力，增大進入渦輪的廢氣能量；渦輪進氣能量的增加，將充分利用廢氣中的能量，提高渦輪的效率和扭矩輸出。在發動機中高速工況范圍時，發動機排出的廢氣量較多，可調閥門在控制機構的帶動下處于打開狀態，由于蝸殼進氣左側流道、渦輪葉輪進氣內流道進氣口、渦輪葉輪進氣內流道相連通，蝸殼進氣右側流道、渦輪葉輪進氣外流道進氣口、渦輪葉輪進氣外流道相連通，由發動機排出的廢氣分別流經蝸殼進氣左側流道、渦輪葉輪進氣內流道進氣口、渦輪葉輪進氣內流道和蝸殼進氣右側流道、渦輪葉輪進氣外流道進氣口、渦輪葉輪進氣外流道做功，從而降低蝸殼進氣左側流道和蝸殼進氣右側流道氣體在渦輪葉輪進氣口處的氣體摻混現象。通過閥門控制機構控制可調閥門的開度，合理分配進入渦輪兩個流道的氣體流量。由于渦輪兩個流道的流通能力不同，通過改變進入渦輪兩個流道的進氣流的比例，可有效調節發動機的排氣壓力和渦輪的功率輸出，滿足發動機在中高速工況下的性能和排放要求。另一種改進所述蝸殼進氣右側流道內靠近蝸殼進氣口處設有可調閥門，所述可調閥門與控制機構連接。蝸殼進氣左側流道、渦輪葉輪進氣內流道是常開流道。當發動機處于低速工況范圍時，發動機排出的廢氣量較少，可調閥門在控制機構的帶動下處于關閉狀態，由于蝸殼進氣左側流道、渦輪葉輪進氣內流道進氣口、渦輪葉輪進氣內流道或蝸殼進氣右側流道、渦輪葉輪進氣外流道進氣口、渦輪葉輪進氣外流道相連通，因此蝸殼進氣右側流道、渦輪葉輪進氣外流道進氣口、渦輪葉輪進氣外流道同時也被處于 關閉狀態，由發動機排出的廢氣僅流經蝸殼進氣左側流道、渦輪葉輪進氣內流道進氣口、渦輪葉輪進氣內流道做功，從而降低了氣體在蝸殼進氣右側流道出氣口處的氣體突然膨脹現象，可有效提高渦輪葉輪進氣內流道的進氣壓力，增大進入渦輪的廢氣能量；渦輪進氣能量的增加，將充分利用廢氣中的能量，提高渦輪的效率和扭矩輸出。在發動機中高速工況范圍時，發動機排出的廢氣量較多，可調閥門在控制機構的帶動下處于打開狀態，由于蝸殼進氣左側流道、渦輪葉輪進氣內流道進氣口、渦輪葉輪進氣內流道相連通，蝸殼進氣右側流道、渦輪葉輪進氣外流道進氣口、渦輪葉輪進氣外流道相連通，由發動機排出的廢氣分別流經蝸殼進氣左側流道、渦輪葉輪進氣內流道進氣口、渦輪葉輪進氣內流道和蝸殼進氣右側流道、渦輪葉輪進氣外流道進氣口、渦輪葉輪進氣外流道做功，從而降低蝸殼進氣左側流道和蝸殼進氣右側流道氣體在渦輪葉輪進氣口處的氣體摻混現象。通過閥門控制機構控制可調閥門的開度，合理分配進入渦輪兩個流道的氣體流量。由于渦輪兩個流道的流通能力不同，通過改變進入渦輪兩個流道的進氣流的比例，可有效調節發動機的排氣壓力和渦輪的功率輸出，滿足發動機在中高速工況下的性能和排放要求。本實用新型中的渦輪蝸殼結構簡單、繼承性好、鑄造成品率較高；本實用新型中的渦輪葉輪通過現代CFD、FEA技術的分析和優化可獲得高的氣動效率和高的結構強度；本實用新型中的渦輪葉輪可采用現有鑄造和加工設備進行生產，成本低且容易快速實現工程化。綜上所述，采用雙區式渦輪可以有效地滿足發動機全工況范圍的增壓要求，在小流量時能夠降低蝸殼單個流道出氣口處的氣體突然膨脹現象，進一步提高渦輪在小流量時的效率。在正常流量時通過降低蝸殼兩個流道氣體在渦輪葉輪進氣口處的氣體摻混現象來提聞潤輪的效率。
以下結合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明。
附圖I是本實用新型背景技術中雙層通道可變截面渦輪增壓器的結構示意圖；[0037]附圖2是本實用新型實施例I和實施例2中雙區式渦輪的結構示意圖；附圖3是本實用新型實施例I和實施例2中渦輪葉輪的結構示意圖；附圖4是附圖3的右視圖；附圖5是本實用新型實施例I中蝸殼進氣左側流道內可調閥門的安裝結構示意圖；附圖6是本實用新型實施例2中蝸殼進氣右側流道內可調閥門的安裝結構示意圖。圖中1-渦輪蝸殼；2-渦輪葉輪；3-蝸殼進氣口 ；4_蝸殼出氣口 ；5-中間隔板；6-蝸殼進氣左側流道；7_蝸殼進氣右側流道；8_渦輪葉輪進氣口 ；9_渦輪葉輪進氣流 道；10_渦輪葉輪出氣口 ；11_分隔板；12_渦輪葉輪進氣內流道；13_渦輪葉輪進氣外流道；14-渦輪葉輪內葉片；15_渦輪葉輪外葉片；16_蝸殼進氣左側流道出氣口 ；17_渦輪葉輪進氣內流道進氣口 ； 18-蝸殼進氣右側流道出氣口 ； 19-渦輪葉輪進氣外流道進氣口 ；20-可調閥門；W1-渦輪葉輪進氣內流道進氣口寬度；W2-渦輪葉輪進氣外流道進氣口寬度；W3-渦輪葉輪進氣內流道出氣口寬度；W4-渦輪葉輪進氣外流道出氣口寬度。
具體實施方式
實施例1，如圖2、圖3所示，一種用于渦輪增壓的雙區式渦輪，包括渦輪蝸殼1，渦輪蝸殼I內安裝有渦輪葉輪2，渦輪葉輪2的外部設有渦輪葉片，所述渦輪蝸殼上設有蝸殼進氣口 3、蝸殼進氣流道和蝸殼出氣口 4。所述渦輪葉輪2上設有渦輪葉輪進氣口、渦輪葉輪進氣流道、渦輪葉輪出氣口和渦輪葉輪葉片。所述渦輪葉輪2的渦輪葉輪進氣口和渦輪葉輪出氣口之間設有呈圓周布置的分隔板11，分隔板11的形狀符合氣動性能要求和可靠性要求。所述分隔板11將渦輪葉輪進氣流道分為渦輪葉輪進氣內流道12和渦輪葉輪進氣外流道13。所述渦輪葉輪進氣內流道12可采用向心式或混流式通道，渦輪葉輪進氣外流道13 —般設計為向心式通道，特殊情況采用混流式通道。所述渦輪葉輪進氣內流道進氣口寬度Wl與渦輪葉輪進氣外流道進氣口寬度W2的比值為0. I 10之間的任意值。所述渦輪葉輪進氣內流道出氣口寬度W3和渦輪葉輪進氣外流道出氣口寬度W4的比值為0. I 10之間的任意值。所述蝸殼進氣流道內設有中間隔板5，所述中間隔板5將蝸殼進氣流道分為蝸殼進氣左側流道6和蝸殼進氣右側流道7。所述蝸殼進氣左側流道6與所述渦輪葉輪進氣內流道12相連通，所述蝸殼進氣右側流道7與所述渦輪葉輪進氣外流道13相連通。所述蝸殼進氣左側流道出氣口 16與所述渦輪葉輪進氣內流道進氣口 17相對應，所述蝸殼進氣右側流道出氣口 18與所述渦輪葉輪進氣外流道進氣口 19相對應。如圖4所示，渦輪葉片包括對應設置在渦輪葉輪進氣內流道12內的渦輪葉輪內葉片14和對應設置在渦輪葉輪進氣外流道13內的渦輪葉輪外葉片15。[0054]所述渦輪葉輪內葉片14和渦輪葉輪外葉片15數量比值為0. 2 6之間的任意值。如圖5所示，在所述蝸殼進氣左側流道6內靠近蝸殼進氣口 3處設有可調閥門20，所述可調閥門20與控制機構連接，在控制機構的帶動下實現可調閥門20的轉動，從而將蝸殼進氣左側流道6打開和關閉。當發動機處于低速工況范圍時，發動機排出的廢氣量較少，可調閥門20在控制機構的帶動下處于關閉狀態，因此蝸殼進氣左側流道6、渦輪葉輪進氣內流道進氣口 17、渦輪葉輪進氣內流道12同時也被處于關閉狀態，由發動機排出的廢氣僅流經蝸殼進氣右側流道7、渦輪葉輪進氣外流道進氣口 1 9、渦輪葉輪進氣外流道13做功，從而降低了氣體在蝸殼進氣左側流道出氣口 16處的氣體突然膨脹現象，可有效提高渦輪葉輪進氣外流道13的進氣壓力，增大進入渦輪的廢氣能量；渦輪進氣能量的增加，將充分利用廢氣中的能量，提高渦輪的效率和扭矩輸出。在發動機中高速工況范圍時，發動機排出的廢氣量較多，可調閥門20在控制機構的帶動下處于打開狀態，由于蝸殼進氣左側流道6、渦輪葉輪進氣內流道進氣口 17、渦輪葉輪進氣內流道12相連通，蝸殼進氣右側流道7、渦輪葉輪進氣外流道進氣口 19、渦輪葉輪進氣外流道13相連通，由發動機排出的廢氣分別流經蝸殼進氣左側流道6、渦輪葉輪進氣內流道進氣口 17、渦輪葉輪進氣內流道12和蝸殼進氣右側流道7、渦輪葉輪進氣外流道進氣口 19、渦輪葉輪進氣外流道13做功，從而降低蝸殼進氣左側流道6和蝸殼進氣右側流道7氣體在渦輪葉輪進氣口處的氣體摻混現象。通過閥門控制機構控制可調閥門20的開度，合理分配進入渦輪兩個流道的氣體流量。由于渦輪兩個流道的流通能力不同，通過改變進入渦輪兩個流道的進氣流的比例，可有效調節發動機的排氣壓力和渦輪的功率輸出，滿足發動機在中高速工況下的性能和排放要求。實施例2，如圖6所示，在實施例I的基礎上，去掉蝸殼進氣左側流道6內靠近蝸殼進氣口 3處的可調閥門20，在所述蝸殼進氣右側流道7靠近蝸殼進氣口 3處設有可調閥門20，所述可調閥門20與控制機構連接，在控制機構的帶動下實現可調閥門20的轉動，從而將蝸殼進氣右側流道7打開和關閉。當發動機處于低速工況范圍時，發動機排出的廢氣量較少，可調閥門20在控制機構的帶動下處于關閉狀態，因此蝸殼進氣右側流道7、渦輪葉輪進氣外流道進氣口 19、渦輪葉輪進氣外流道13同時也被處于關閉狀態，由發動機排出的廢氣僅流經蝸殼進氣左側流道6、渦輪葉輪進氣內流道進氣口 17、渦輪葉輪進氣內流道12做功，從而降低了氣體在蝸殼進氣右側流道出氣口 18處的氣體突然膨脹現象，可有效提高渦輪葉輪進氣內流道12的進氣壓力，增大進入渦輪的廢氣能量；渦輪進氣能量的增加，將充分利用廢氣中的能量，提高渦輪的效率和扭矩輸出。在發動機中高速工況范圍時，發動機排出的廢氣量較多，可調閥門20在控制機構的帶動下處于打開狀態，由于蝸殼進氣左側流道6、渦輪葉輪進氣內流道進氣口 17、渦輪葉輪進氣內流道12相連通，蝸殼進氣右側流道7、渦輪葉輪進氣外流道進氣口 19、渦輪葉輪進氣外流道13相連通，由發動機排出的廢氣分別流經蝸殼進氣左側流道6、渦輪葉輪進氣內流道進氣口 17、渦輪葉輪進氣內流道12和蝸殼進氣右側流道7、渦輪葉輪進氣外流道進氣口 19、渦輪葉輪進氣外流道13做功，從而降低蝸殼進氣左側流道6和蝸殼進氣右側流道7氣體在渦輪葉輪進氣口處的氣體摻混現象。通過閥門控制機構控制可調閥門20的開度，合理分配進入渦輪兩個流道的氣體流量。由于渦輪兩個流道的流通能力不同，通過改變進入渦輪兩個流道的進氣流的比例，可有效調節發動機的排氣壓力和渦輪的功率輸出，滿足發 動機在中高速工況下的性能和排放要求。
權利要求1.一種用于渦輪增壓的雙區式渦輪，包括渦輪蝸殼(1)，渦輪蝸殼(I)內安裝有渦輪葉輪(2)，渦輪葉輪(2)的外部設有渦輪葉片，所述渦輪蝸殼上設有蝸殼進氣ロ(3)、蝸殼進氣流道和蝸殼出氣ロ(4);所述渦輪葉輪(2)上設有渦輪葉輪進氣流道；其特征在于 所述渦輪葉輪(2)的渦輪葉輪進氣口和渦輪葉輪出氣ロ之間設有呈圓周布置的分隔板(11)，所述分隔板(11)將渦輪葉輪進氣流道分為渦輪葉輪進氣內流道(12)和渦輪葉輪進氣外流道(13)。
2.根據權利要求I所述的ー種用于渦輪增壓的雙區式渦輪，其特征在于 所述蝸殼進氣流道內設有中間隔板(5)，所述中間隔板(5)將蝸殼進氣流道分為蝸殼進氣左側流道(6)和蝸殼進氣右側流道(7)； 所述蝸殼進氣左側流道(6)與所述渦輪葉輪進氣內流道(12)相連通，所述蝸殼進氣右側流道(7)與所述渦輪葉輪進氣外流道(13)相連通。
3.根據權利要求2所述的ー種用于渦輪增壓的雙區式渦輪，其特征在于 蝸殼進氣左側流道(6)靠近渦輪葉輪(2)的位置設有蝸殼進氣左側流道 出氣ロ(16);蝸殼進氣右側流道(7)靠近渦輪葉輪(2)的位置設有蝸殼進氣右側流道出氣ロ(18)； 渦輪葉輪進氣內流道(12)上設有與蝸殼進氣左側流道出氣ロ(16)相對應的渦輪葉輪進氣內流道進氣ロ(17)； 渦輪葉輪進氣外流道(13)上設有與蝸殼進氣右側流道出氣ロ(18)相對應的渦輪葉輪進氣外流道進氣ロ(19)。
4.根據權利要求3所述的ー種用于渦輪增壓的雙區式渦輪，其特征在于所述渦輪葉輪進氣內流道(12)為向心式通道。
5.根據權利要求3所述的ー種用于渦輪增壓的雙區式渦輪，其特征在于所述渦輪葉輪進氣內流道(12)為混流式通道。
6.根據權利要求3所述的ー種用于渦輪增壓的雙區式渦輪，其特征在于渦輪葉輪進氣外流道(13)為向心式通道。
7.根據權利要求3所述的ー種用于渦輪增壓的雙區式渦輪，其特征在于渦輪葉輪進氣外流道(13)為混流式通道。
8.根據權利要求4-7其中之一所述的ー種用于渦輪增壓的雙區式渦輪，其特征在于 所述渦輪葉輪進氣內流道進氣ロ寬度(Wl)與渦輪葉輪進氣外流道進氣ロ寬度(W2)的比值為0. I 10。
9.根據權利要求8所述的ー種用于渦輪增壓的雙區式渦輪，其特征在于 所述渦輪葉輪進氣內流道出氣ロ寬度(W3)和渦輪葉輪進氣外流道出氣ロ寬度(W4)的比值為0. I 10。
10.根據權利要求9所述的ー種用于渦輪增壓的雙區式渦輪，其特征在于渦輪葉片包括對應設置在渦輪葉輪進氣內流道(12)內的渦輪葉輪內葉片(14)和對應設置在渦輪葉輪進氣外流道(13)內的渦輪葉輪外葉片(15)。
11.根據權利要求10所述的ー種用于渦輪增壓的雙區式渦輪，其特征在于所述渦輪葉輪內葉片(14)和渦輪葉輪外葉片(15)數量比值為0. 2 6。
12.根據權利要求11所述的ー種用于渦輪增壓的雙區式渦輪，其特征在于所述蝸殼進氣左側流道(6 )內靠近蝸殼進氣ロ( 3 )處設有可調閥門(20 )，所述可調閥門(20 )與控制機構連接。
13.根據權利要求11所述的ー種用于渦輪增壓的雙區式渦輪，其特征在于所述蝸殼進氣右側流道(7 )內靠近蝸殼進氣ロ( 3 )處設有可調閥門(20 )，所述可調閥門(20 )與控制機構連接。
專利摘要本實用新型公開了一種用于渦輪增壓的雙區式渦輪，包括渦輪蝸殼，渦輪蝸殼內安裝有渦輪葉輪，渦輪葉輪的外部設有渦輪葉片，所述渦輪蝸殼上設有蝸殼進氣口、蝸殼進氣流道和蝸殼出氣口；所述渦輪葉輪上設有渦輪葉輪進氣口、渦輪葉輪進氣流道、渦輪葉輪出氣口和渦輪葉輪葉片，所述渦輪葉輪的渦輪葉輪進氣口和渦輪葉輪出氣口之間設有呈圓周布置的分隔板，所述分隔板將渦輪葉輪進氣流道分為渦輪葉輪進氣內流道和渦輪葉輪進氣外流道。本實用新型可以有效地滿足發動機全工況范圍的增壓要求，在小流量時能夠降低蝸殼單個流道出氣口處的氣體突然膨脹現象，進一步提高渦輪在小流量時的效率。
文檔編號F01D25/24GK202560331SQ20122019901
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月7日 優先權日2012年5月7日
發明者王航, 李永泰, 李延昭, 朱智富, 袁道軍, 王艷霞, 劉迎鑫 申請人:康躍科技股份有限公司